CN116432817A - 一种园区综合能源系统优化配置方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及能源分配技术领域，尤其为一种园区综合能源系统优化配置方法，其方法包括如下步骤：构建园区综合能源系统的建设时序集合，基于所建立的建设时序集合，采用最优建设时序方法和云储能机制，构建园区综合能源系统双层优化配置模型；本发明通过CHP机组、电锅炉和燃气锅炉等设备的配置模型，来建立电力优化配置系统，获取园区内的数据信息，同时设置目标函数，根据目标函数以及所述园区优化约束条件，确定园区优化综合目标函数，将优化综合目标函数输入到预先构建的模拟退火模型，以寻求调度方案，并在调度过程中，通过模拟计算，来可确定系统的可靠供电概率，最终到园区内综合能源设备规划容量以及运行调度值，进行园区综合能源优化配置。
Description
技术领域
本发明涉及能源分配技术领域，具体为一种园区综合能源系统优化配置方法。
背景技术
随着能源与环境问题的日益严峻，如何提高能源的利用率并尽可能减少用能中所引起的环境污染，已成为国内外能源领域的重要课题。能源互联网的核心仍然是电力系统，但是它将电力系统与气网、冷/热水管网以及交通网络连接起来，耦合为一个多网融合的系统。而综合能源系统则是能源互联网中的一个重要承载形式，它发挥了多能耦合协调的作用，是提高系统整体供能效率和促进新能源消纳的重要载体。
大型园区，如大学校园、工业园区、科技产业园区等，具有用能形式(电/气/冷/热/蒸汽)多样、用能需求相对稳定、用能品质要求较高等特点，适于通过综合能源系统为其提供绿色、高效、可靠的供能服务。大型园区供能侧多采用集成热电联产机组CHP(combinedheating and power)、热泵、燃气锅炉等设备的能源站。同时，由于用户分布分散，能源网络对于系统的运行和规划具有一定的影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种园区综合能源系统优化配置方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种园区综合能源系统优化配置方法，其方法包括如下步骤：
S1、构建园区综合能源系统的建设时序集合，基于所建立的建设时序集合，采用最优建设时序方法和云储能机制，构建园区综合能源系统双层优化配置模型，供能设备被集成在若干个能源站内，具体包括CHP机组、电锅炉、燃气锅炉，设置CHP机组、电锅炉和燃气锅炉的配置模型；
S2、根据上述的配置模型，建立电力优化配置系统，获取园区内的数据信息，基于CHP机组、电锅炉和燃气锅炉构建统一的数学模型，而且模型包括动态能源集线器模型，基于所述ICES模型，构建ICES的双层优化配置数学模型，上层以最小化投资成本年值为目标函数，根据目标函数以及所述园区优化约束条件，确定园区优化综合目标函数，将优化综合目标函数输入到预先构建的模拟退火模型，并求解运行调度方案；
S3、以供能侧设备或系统故障率为切入点，侧重于探讨综合能源系统中引入可控分布式电源设备后系统的供电可靠性，在并网运行的综合能源系统中，根据电力负荷、分布式电源容量和电网合同需量间的关系，可确定系统可靠供电概率；
S4、综合上述步骤，分别对园区内所有综合能源设备的冷热电供需能量、安装容量、园区内储能装置的指标、充放能和上级电网进行买卖电功率设定约束条件，根据约束条件带入模型进行计算，得到园区内综合能源设备规划容量以及运行调度值，综合能源系统根据调度值来进行能源配置。
优选的，所述步骤S1中，CHP机组有背压式机组和抽凝式机组，采用背压式CHP机组模型可表示为：
HCHP＝ACHPPCHP，
PCHP-min≤PCHP≤PCHP-max；
式中：HCHP、PCHP分别为CHP机组的热输出功率和电输出功率，PCHP-min、PCHP-max分别为CHP机组的电输出功率的下限和上限，ACHP、NCHP分别为CHP机组的热电比和电转换效率，Vgas，CHP为CHP机组消耗的天然气流量，Qgas为天然气热值。
优选的，所述步骤S1中，燃气锅炉的模型为：
HGB＝NGBVgas，GBQgas，HGB-min≤HGB≤HGB-max；
式中，HGB为燃气锅炉的热输出功率，Vgas，GB为燃气锅炉消耗的天然气流量，NGB为燃气锅炉的热转换效率，HGB-min、HGB-max分别为燃气锅炉的热输出功率的下限和上限值。
优选的，所述步骤S1中，电锅炉的模型为：
HEB＝PEBNEB，HEB-min≤HEB≤HEB-max；
式中，HGB为电锅炉的热功率，PEB为电锅炉输入的功率，NEB为电锅炉的热转换效率，HEB-min和HEB-max分别为电锅炉热输出功率的下限值和上限值。
优选的，所述步骤S2中，电力输送模块、传统供电模块、新能源设施、控制处理器、电力输入单元、监测设备、划测单元、融合单元、计价同步单元、用电设备、决策库、电力储能设施和用电监控单元。
优选的，所述步骤S2中，园区优化综合目标函数为：
F＝min[fin(p)+fop(x)+fmc(y)+fce(z)]；
其中，F为第一目标函数，x是园区综合能源系统的各个设备的有效功率，p是各个设备的装机容量，fin(p)是园区综合能源系统的初始投资成本，fop(x)是寿命期内能源系统的年运行成本，fmc(y)是能源系统的年维护费用，fce(z)是综合能源系统的年碳排放成本。
优选的，所述步骤S2中，园区信息包括建筑面积数据、电网能源供给数据、供能设备功率数据、天然气管网容量数据、能量供求数据、供能可靠性数据、能源网络传输力数据、储能电池数据、蓄热罐容量数据以及蓄冰槽容量数据。
优选的，所述步骤S4中，指标为能源系统构建的投资运行成本、能源系统污染物排放量和能源系统一次能源消耗量。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明通过CHP机组、电锅炉和燃气锅炉等设备的配置模型，来建立电力优化配置系统，获取园区内的数据信息，同时设置目标函数，根据目标函数以及所述园区优化约束条件，确定园区优化综合目标函数，将优化综合目标函数输入到预先构建的模拟退火模型，以寻求调度方案，并在调度过程中，通过模拟计算，来可确定系统的可靠供电概率，最终到园区内综合能源设备规划容量以及运行调度值，进行园区综合能源优化配置。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
一种园区综合能源系统优化配置方法，其方法包括如下步骤：
S1、构建园区综合能源系统的建设时序集合，基于所建立的建设时序集合，采用最优建设时序方法和云储能机制，构建园区综合能源系统双层优化配置模型，供能设备被集成在若干个能源站内，具体包括CHP机组、电锅炉、燃气锅炉，设置CHP机组、电锅炉和燃气锅炉的配置模型；
CHP机组有背压式机组和抽凝式机组，采用背压式CHP机组模型可表示为：
HCHP＝ACHPPCHP，
PCHP-min≤PCHP≤PCHP-max；
式中：HCHP、PCHP分别为CHP机组的热输出功率和电输出功率，PCHP-min、PCHP-max分别为CHP机组的电输出功率的下限和上限，ACHP、NCHP分别为CHP机组的热电比和电转换效率，Vgas，CHP为CHP机组消耗的天然气流量，Qgas为天然气热值；
S2、根据上述的配置模型，建立电力优化配置系统，电力输送模块、传统供电模块、新能源设施、控制处理器、电力输入单元、监测设备、划测单元、融合单元、计价同步单元、用电设备、决策库、电力储能设施和用电监控单元，其中新能源设备为借助新能源进行发电的设备，并将产生的新能源电量传输到储能设备，储能设备接收新能源设备传输的新能源电量并进行实时存储，获取园区内的数据信息，基于CHP机组、电锅炉和燃气锅炉构建统一的数学模型，而且模型包括动态能源集线器模型，用于反映设备效率随负载率变化关系并保障各时刻的供需平衡，基于所述ICES模型，构建ICES的双层优化配置数学模型，上层以最小化投资成本年值为目标函数，根据目标函数以及所述园区优化约束条件，确定园区优化综合目标函数，将优化综合目标函数输入到预先构建的模拟退火模型，并求解运行调度方案；
S3、以供能侧设备或系统故障率为切入点，侧重于探讨综合能源系统中引入可控分布式电源设备(如热电联产机组)后系统的供电可靠性，在并网运行的综合能源系统中，根据电力负荷、分布式电源容量和电网合同需量间的关系，可确定系统可靠供电概率；
S4、综合上述步骤，分别对园区内所有综合能源设备的冷热电供需能量、安装容量、园区内储能装置的指标、充放能和上级电网进行买卖电功率设定约束条件，根据约束条件带入模型进行计算，得到园区内综合能源设备规划容量以及运行调度值，综合能源系统根据调度值来进行能源配置。
实施例二：
一种园区综合能源系统优化配置方法，其方法包括如下步骤：
S1、构建园区综合能源系统的建设时序集合，基于所建立的建设时序集合，采用最优建设时序方法和云储能机制，构建园区综合能源系统双层优化配置模型，供能设备被集成在若干个能源站内，具体包括CHP机组、电锅炉、燃气锅炉，设置CHP机组、电锅炉和燃气锅炉的配置模型；
CHP机组有背压式机组和抽凝式机组，采用背压式CHP机组模型可表示为：
HCHP＝ACHPPCHP，
PCHP-min≤PCHP≤PCHP-max；
式中：HCHP、PCHP分别为CHP机组的热输出功率和电输出功率，PCHP-min、PCHP-max分别为CHP机组的电输出功率的下限和上限，ACHP、NCHP分别为CHP机组的热电比和电转换效率，Vgas，CHP为CHP机组消耗的天然气流量，Qgas为天然气热值；
燃气锅炉的模型为：
HGB＝NGBVgas，GBQgas，HGB-min≤HGB≤HGB-max；
式中，HGB为燃气锅炉的热输出功率，Vgas，GB为燃气锅炉消耗的天然气流量，NGB为燃气锅炉的热转换效率，HGB-min、HGB-max分别为燃气锅炉的热输出功率的下限和上限值；
S2、根据上述的配置模型，建立电力优化配置系统，电力输送模块、传统供电模块、新能源设施、控制处理器、电力输入单元、监测设备、划测单元、融合单元、计价同步单元、用电设备、决策库、电力储能设施和用电监控单元，其中新能源设备为借助新能源进行发电的设备，并将产生的新能源电量传输到储能设备，储能设备接收新能源设备传输的新能源电量并进行实时存储，获取园区内的数据信息，基于CHP机组、电锅炉和燃气锅炉构建统一的数学模型，而且模型包括动态能源集线器模型，用于反映设备效率随负载率变化关系并保障各时刻的供需平衡，基于所述ICES模型，构建ICES的双层优化配置数学模型，上层以最小化投资成本年值为目标函数，根据目标函数以及所述园区优化约束条件，确定园区优化综合目标函数，将优化综合目标函数输入到预先构建的模拟退火模型，并求解运行调度方案；
所述步骤S2中，园区优化综合目标函数为：
F＝min[fin(p)+fop(x)+fmc(y)+fce(z)]；
其中，F为第一目标函数，x是园区综合能源系统的各个设备的有效功率，p是各个设备的装机容量，fin(p)是园区综合能源系统的初始投资成本，fop(x)是寿命期内能源系统的年运行成本，fmc(y)是能源系统的年维护费用，fce(z)是综合能源系统的年碳排放成本。
S3、以供能侧设备或系统故障率为切入点，侧重于探讨综合能源系统中引入可控分布式电源设备(如热电联产机组)后系统的供电可靠性，在并网运行的综合能源系统中，根据电力负荷、分布式电源容量和电网合同需量间的关系，可确定系统可靠供电概率；
S4、综合上述步骤，分别对园区内所有综合能源设备的冷热电供需能量、安装容量、园区内储能装置的指标、充放能和上级电网进行买卖电功率设定约束条件，根据约束条件带入模型进行计算，得到园区内综合能源设备规划容量以及运行调度值，综合能源系统根据调度值来进行能源配置。
实施例二：
一种园区综合能源系统优化配置方法，其方法包括如下步骤：
S1、构建园区综合能源系统的建设时序集合，基于所建立的建设时序集合，采用最优建设时序方法和云储能机制，构建园区综合能源系统双层优化配置模型，供能设备被集成在若干个能源站内，具体包括CHP机组、电锅炉、燃气锅炉，设置CHP机组、电锅炉和燃气锅炉的配置模型；
CHP机组有背压式机组和抽凝式机组，采用背压式CHP机组模型可表示为：
HCHP＝ACHPPCHP，
PCHP-min≤PCHP≤PCHP-max；
式中：HCHP、PCHP分别为CHP机组的热输出功率和电输出功率，PCHP-min、PCHP-max分别为CHP机组的电输出功率的下限和上限，ACHP、NCHP分别为CHP机组的热电比和电转换效率，Vgas，CHP为CHP机组消耗的天然气流量，Qgas为天然气热值；
燃气锅炉的模型为：
HGB＝NGBVgas，GBQgas，HGB-min≤HGB≤HGB-max；
式中，HGB为燃气锅炉的热输出功率，Vgas，GB为燃气锅炉消耗的天然气流量，NGB为燃气锅炉的热转换效率，HGB-min、HGB-max分别为燃气锅炉的热输出功率的下限和上限值；
燃气锅炉的模型为：
HGB＝NGBVgas，GBQgas，HGB-min≤HGB≤HGB-max；
式中，HGB为燃气锅炉的热输出功率，Vgas，GB为燃气锅炉消耗的天然气流量，NGB为燃气锅炉的热转换效率，HGB-min、HGB-max分别为燃气锅炉的热输出功率的下限和上限值；
S2、根据上述的配置模型，建立电力优化配置系统，电力输送模块、传统供电模块、新能源设施、控制处理器、电力输入单元、监测设备、划测单元、融合单元、计价同步单元、用电设备、决策库、电力储能设施和用电监控单元，其中新能源设备为借助新能源进行发电的设备，并将产生的新能源电量传输到储能设备，储能设备接收新能源设备传输的新能源电量并进行实时存储，获取园区内的数据信息，园区信息包括建筑面积数据、电网能源供给数据、供能设备功率数据、天然气管网容量数据、能量供求数据、供能可靠性数据、能源网络传输力数据、储能电池数据、蓄热罐容量数据以及蓄冰槽容量数据，基于CHP机组、电锅炉和燃气锅炉构建统一的数学模型，而且模型包括动态能源集线器模型，用于反映设备效率随负载率变化关系并保障各时刻的供需平衡，基于所述ICES模型，构建ICES的双层优化配置数学模型，上层以最小化投资成本年值为目标函数，根据目标函数以及所述园区优化约束条件，确定园区优化综合目标函数，将优化综合目标函数输入到预先构建的模拟退火模型，并求解运行调度方案；
所述步骤S2中，园区优化综合目标函数为：
F＝min[fin(p)+fop(x)+fmc(y)+fce(z)]；
其中，F为第一目标函数，x是园区综合能源系统的各个设备的有效功率，p是各个设备的装机容量，fin(p)是园区综合能源系统的初始投资成本，fop(x)是寿命期内能源系统的年运行成本，fmc(y)是能源系统的年维护费用，fce(z)是综合能源系统的年碳排放成本。
S3、以供能侧设备或系统故障率为切入点，侧重于探讨综合能源系统中引入可控分布式电源设备(如热电联产机组)后系统的供电可靠性，在并网运行的综合能源系统中，根据电力负荷、分布式电源容量和电网合同需量间的关系，可确定系统可靠供电概率；
S4、综合上述步骤，分别对园区内所有综合能源设备的冷热电供需能量、安装容量、园区内储能装置的指标、充放能和上级电网进行买卖电功率设定约束条件，指标为能源系统构建的投资运行成本、能源系统污染物排放量和能源系统一次能源消耗量，根据约束条件带入模型进行计算，得到园区内综合能源设备规划容量以及运行调度值，综合能源系统根据调度值来进行能源配置。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种园区综合能源系统优化配置方法，其特征在于：其方法包括如下步骤：
S1、构建园区综合能源系统的建设时序集合，基于所建立的建设时序集合，采用最优建设时序方法和云储能机制，构建园区综合能源系统双层优化配置模型，供能设备被集成在若干个能源站内，具体包括CHP机组、电锅炉、燃气锅炉，设置CHP机组、电锅炉和燃气锅炉的配置模型；
S2、根据上述的配置模型，建立电力优化配置系统，获取园区内的数据信息，基于CHP机组、电锅炉和燃气锅炉构建统一的数学模型，而且模型包括动态能源集线器模型，基于所述ICES模型，构建ICES的双层优化配置数学模型，上层以最小化投资成本年值为目标函数，根据目标函数以及所述园区优化约束条件，确定园区优化综合目标函数，将优化综合目标函数输入到预先构建的模拟退火模型，并求解运行调度方案；
S3、以供能侧设备或系统故障率为切入点，侧重于探讨综合能源系统中引入可控分布式电源设备后系统的供电可靠性，在并网运行的综合能源系统中，根据电力负荷、分布式电源容量和电网合同需量间的关系，可确定系统可靠供电概率；
S4、综合上述步骤，分别对园区内所有综合能源设备的冷热电供需能量、安装容量、园区内储能装置的指标、充放能和上级电网进行买卖电功率设定约束条件，根据约束条件带入模型进行计算，得到园区内综合能源设备规划容量以及运行调度值，综合能源系统根据调度值来进行能源配置。
2.根据权利要求1所述的一种园区综合能源系统优化配置方法，其特征在于：所述步骤S1中，CHP机组有背压式机组和抽凝式机组，采用背压式CHP机组模型可表示为：
HCHP＝ACHPPCHP，
PCHP-min≤PCHP≤PCHP-max；
式中：HCHP、PCHP分别为CHP机组的热输出功率和电输出功率，PCHP-min、PCHP-max分别为CHP机组的电输出功率的下限和上限，ACHP、NCHP分别为CHP机组的热电比和电转换效率，Vgas，CHP为CHP机组消耗的天然气流量，Qgas为天然气热值。
3.根据权利要求1所述的一种园区综合能源系统优化配置方法，其特征在于：所述步骤S1中，燃气锅炉的模型为：
HGB＝NGBVgas，GBQgas，HGB-min≤HGB≤HGB-max；
式中，HGB为燃气锅炉的热输出功率，Vgas，GB为燃气锅炉消耗的天然气流量，NGB为燃气锅炉的热转换效率，HGB-min、HGB-max分别为燃气锅炉的热输出功率的下限和上限值。
4.根据权利要求1所述的一种园区综合能源系统优化配置方法，其特征在于：所述步骤S1中，电锅炉的模型为：
HEB＝PEBNEB，HEB-min≤HEB≤HEB-max；
式中，HGB为电锅炉的热功率，PEB为电锅炉输入的功率，NEB为电锅炉的热转换效率，HEB-min和HEB-max分别为电锅炉热输出功率的下限值和上限值。
5.根据权利要求1所述的一种园区综合能源系统优化配置方法，其特征在于：所述步骤S2中，电力输送模块、传统供电模块、新能源设施、控制处理器、电力输入单元、监测设备、划测单元、融合单元、计价同步单元、用电设备、决策库、电力储能设施和用电监控单元。
6.根据权利要求1所述的一种园区综合能源系统优化配置方法，其特征在于：所述步骤S2中，园区优化综合目标函数为：
F＝min[fin(p)+fop(x)+fmc(y)+fce(z)]；
其中，F为第一目标函数，x是园区综合能源系统的各个设备的有效功率，p是各个设备的装机容量，fin(p)是园区综合能源系统的初始投资成本，fop(x)是寿命期内能源系统的年运行成本，fmc(y)是能源系统的年维护费用，fce(z)是综合能源系统的年碳排放成本。
7.根据权利要求1所述的一种园区综合能源系统优化配置方法，其特征在于：所述步骤S2中，园区信息包括建筑面积数据、电网能源供给数据、供能设备功率数据、天然气管网容量数据、能量供求数据、供能可靠性数据、能源网络传输力数据、储能电池数据、蓄热罐容量数据以及蓄冰槽容量数据。
8.根据权利要求1所述的一种园区综合能源系统优化配置方法，其特征在于：所述步骤S4中，指标为能源系统构建的投资运行成本、能源系统污染物排放量和能源系统一次能源消耗量。
Priority Applications (1)
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| CN116933952A (zh) * | 2023-09-19 | 2023-10-24 | 北京中电飞华通信有限公司 | 基于物联网可视化的园区低碳能源调度系统及方法 |
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2023
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| CN116933952A (zh) * | 2023-09-19 | 2023-10-24 | 北京中电飞华通信有限公司 | 基于物联网可视化的园区低碳能源调度系统及方法 |
| CN116933952B (zh) * | 2023-09-19 | 2024-02-23 | 北京中电飞华通信有限公司 | 基于物联网可视化的园区低碳能源调度系统 |
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